2. -protokolla enemmän osoitteita 16 tavua osoitteelle=> osoitteita paljon! virtaviivaistettu nopeampi käsittely reitittimissä => tehokkaampi uusia piirteitä erilaisten sovellusten tarpeet huomioon turvauspiirteet Internet Yhdistää hyvin erilaiset verkot yhteentoimivaksi kokonaisuudeksi kaikkien käytettävä samaa IP-protokollaa kaikkien käytettävä samaa IP-osoitustapaa verkkojen tarvitsee osata vain kuljettaa dataa lähettäjältä vastaanottajalle samantekevää kuinka sen tekee verkko=> linkkiyhteys tai tunneli 18.9.2003 1 18.9.2003 2 host router host IP IP IP Frame Relay IP Token ring IP Internetin verkkokerros Internet on kokoelma itsenäisiä aliverkkoja eli autonomisia järjestelmiä (AS, Autonomous Subsystem) joita yhdistävät runkolinjat IP-protokolla verkkotason protokolla, joka pitää Internetin koossa tavoite: kuljettaa paketti (datagram) lähteestä kohteeseen yli kaikkien tarpeellisten verkkojen 18.9.2003 4 IP-osoitteet jokaisella verkon isäntäkoneella ja reitittimellä on oma yksikäsitteinen osoite muotoa verkon numero isäntäkoneen numero IPv4:n osoite on 32-bittinen luokallinen reititys (A-, B- ja C-luokan osoitteet) CIDR (Classless Interdomain Routing) verkko-osan pituus vaihtelee : a.b.c.d/ pituus bitteinä 200.23.16.0/20 0 8 16 24 31 A: 0 verkko-os. koneosoite B: 10 verkko-osoite koneosoite C: 110 verkko-osoite koneos. D: 1110 monilähetysosoite E: 11110 varatttu tulevaan käyttöön IP-osoitteiden luokkamuodot 18.9.2003 5
IP-osoitteiden luokkajako A-luokka: 126 verkkoa, 16 miljoonaa konetta/verkko B-luokka: 16382 verkkoa, 65528 konetta/verkko C-luokka:noin 2 miljoonaa verkkoa, kussakin korkeintaan 254 konetta D-luokka: monilähetysosoite E-luokka: varattu tulevaan käyttöön Luokkajako osoittautui epäonnistuneeksi: C-luokassa koneita liian vähän => useita eri verkkoja B-luokassa koneita liian paljon => hukkakäyttöä, B- osoitteet olivat loppua => CIDR: tehokkaampi osoiteavaruuden hyödyntäminen Ratkaise IP:n osoiteongelman + virtaviivaistaa IP:tä tavoitteita: biljoonia osoitteita pienempiä reititystauluja yksinkertaisempia protokollia turvallisuutta mukaan palvelutyyppi: (tosiaikainen), monilähetys liikkuvien koneiden osoitteet jatkokehitys ja nykyisten protokollien toimivuus => NAT: osoitteiden yhteiskäyttö 18.9.2003 8 18.9.2003 7 16 tavun osoitteet (= 128 bittiä) => rajaton määrä osoitteita yksinkertaisempi otsake-kenttä kiinteä kehys, jossa vain 7 kenttää valinnaisten piirteiden käsittely monet ennen pakolliset nyt valinnaisia opitioiden uusi esitystapa => nopeampi käsittely turvaus todentaminen yksityisyys 18.9.2003 9 palvelutyyppi otettu paremmin huomioon multimedia yhteensopiva Internetin protokollien kanssa osoitteiden koko ei ole yhteensopiva IPv4:n kanssa 18.9.2003 10 -otsake V TC Payload length Flow label Next header Hop limit Versio IHL TOS Datasähkeen pituus (tavuja) Tunniste Flag Siirtymä Elinaika Protokolla otsakkeen tarkistussumma Lähettäjän IP-osoite Source address (16 tavua) Vastaanottajan IP-osoite Optiot (jos on käytössä) Destination address (16 tavua) data IPv4 - datasähke
Otsakekentät Versio (version) aina 6 :lle ja 4 Ipv4:lle Liikenneluokka (traffic class) (tai prioriteetti (priority)) 0-7 ruuhkatilanteessa voi hidastaa 8-15 tosiaikapaketteja (video/audio) isompi numero, tärkeämpi paketti vuonimiö (flow label) pseudoyhteys, jolla tietyt ominaisuudet ja vaatimukset (esim. viive, viipeen vaihtelu jne) vuot muodostetaan etukäteen ja niille annetaan tunnus: lähdeosoite ja vuonumero 18.9.2003 13 kuorman pituus (payload length) paketin koko (ilman otsaketta) seurava otsake (next header) otsikon laajentaminen 6 otsikon laajennusosaa viimeisessä kertoo kuljetusprotokollan (TCP, UDP) hyppyraja (hop limit) hyppylaskuri, vähenee joka hypyllä source address, destination address 16 tavun osoitteita 18.9.2003 14 : osoiteavaruus jaettu osiin osa IPv4-osoitteille palveluntuottajapohjainen osa Internet-palvelujen tuottajille oma osuus osoitteista noin 16 miljoonaa tuottajaa maantieteellinen osa vastaa nykyista Internetiä Monilähetysosoitteet (multicast) lippukentän bitti: pysyvä vai tilapäinen ryhmä scope-kenttä rajoittaa monilähetyksen linkkiin solmuun yritykseen planeettaan anycast osoitteena ryhmä, riittää lähettää jollekin ryhmän jäsenelle 18.9.2003 15 18.9.2003 16 Osoitteen esitysmuoto kahdeksan neljän heksaluvun ryhmää: 8000:0000:0000:0000:0123:4567:89AB:CDEF ryhmän alkunollat voi jättää pois 16 nollan ryhmät voi korvava kaksoispisteellä => 8000::123:4567:89AB:CDEF IPv4-osoitteet => ::193.31.20.46 osoitteita on PALJON! 2**128 => ~3* 10**38 tasaisesti jaettuna noin 7 * 10**23 IP-osoitetta jokaista maapallon pinnan neliömetriä kohden > Avogadron luku = 6.022 *10**23 = value of the number of atoms, molecules, etc. in a gram mole of any chemical substance. vaikka jako olisi epätasaisempi, ainakin yli 1000 IP-osoitetta neliömetriä kohden 18.9.2003 17 18.9.2003 18
IPv4:n kentistä puuttuvat paketin paloitteluun liittyvät kentät kaikki kykenevät käsittelemään ainakin 1280 tavun paketteja lähettäjä huolehtii, että paketti on riittävän pieni reititin ilmoittaa virheestä, jos se havaitsee liian suuren paketin => ohjeet pilkkoa paketti pienemmäksi Lähettäjä paloittelee tarvittaessa itse tarkistussumma ei lasketa verkkokerroksella luotettavammat verkot siirtoyhteyskerros laskee / kuljetuskerros laskee 18.9.2003 19 - otsake Laajennusotsake... Laajennusotsake TPDU Ei yhtään, yksi tai useita laajennusotsikoita Seuraava otsake -kenttä (Next header Field): * ilmoittaa minkä tyyppinen otsakekenttä seuraa otsaketta * seuraaja voi olla jokin laajennusotsake tai ylemmän protokollan, kuten TCP:n tai UDP:n otsake :n prioriteetit ruuhkavalvottu liikenne (esim. TCP) viive saa jossain määrin vaihdella pakettien järjestys saa muuttua ruuhkavalvomaton liikenne tosiaikavideo tai audio vakionopeus ja vakioviive => tasainen pakettivirta prioriteetti suhteessa muihin saman lähteen paketteihin prioriteetti suhteessa saman liikennetyypin paketteihin ruuhkavalvotun ja valvomattoman liikenteen välillä ei ole määritelty prioriteettia 18.9.2003 21 Ruuhkavalvottu liikenne Prioriteetit 0-7 0 määrittelemätön liikenne (uncharacterized traffic) 1 täyttöliikenne (filler traffic) verkkouutiset, USENET-sanomat 2 lliikenne, jota käyttäjä ei odottele (unattended data traffic) sähköposti 3 ei vielä käytössä 4 käyttäjän odottama massasiirto (attended bulk traffic) FTP, HTTP 5 ei vielä käytössä 6 interaktiivinen liikenne (interactive traffic) TELNET, X 7 verkon valvontaliikenne (Internet control traffic) SNMP, OSPF, BGP 18.9.2003 22 Ruuhkavalvomaton liikenne Prioriteetit 8-15 8 sopivin hävitettäväksi esim. teräväpiirtovideo, jossa runsaasti redundanssia. 15 huonoin hävitettäväksi esim. puhelinkeskustelu, jossa kadonneet paketit aiheuttavat äänen pätkimistä ja häiriöääniä linjalla Vuonimiö Vuo samasta lähteestä samoille vastaanottajille kulkeva peräkkäisten pakettien jono, jota reitittimien halutaan käsittelevän tietyllä tavalla tiedostonsiirto usealla TCP-yhteydellä => yksi vuo multimediakonferenssi => monta erilaista vuota lähdeosoite + 20-bittinen vuotunnus identifioi vuon kaikille saman vuon paketeille sama tunnus 18.9.2003 23 18.9.2003 24
Reitittimelle vuo on joukko peräkkäisiä paketteja, joita tulee käsitellä tietyllä tavalla samat resurssivaraukset samat turvallisuusvaatimukset samat säännöt pakettien hävittämiseen samat etuoikeudet jonoissa samat vaatimukset aliverkon palvelunlaadulle sama laskutus Vuonimiö on pelkkä tunniste on erikseen esitettävä, mitä toimintoja kuhunkin nimiöön liittyy neuvottelemalla etukäteen reitittimen kanssa valvontaprotokollaa käyttäen ilmoittamalla paketteja lähetettäessä otsakkeissa halutut toiminnot Hop-By-Hop -option otsakkeessa voidaan pyytää tiettyä palvelunlaatua (QoS) tai tosiaikaista palvelua 18.9.2003 25 18.9.2003 26 Vuonimiöiden käsittely solmuissa Laajennusotsakkeet reititysotsake (Routing header) laajennettu reititys ~IPv4:n lähdereititys, vaadittu reitti tai reitin osa paloitteluotsake (Fragmentation header) paloitteluun ja kokoamiseen liittyvää tietoa Turvaotsakkeet => IPSec salausotsake ESP ja autentikointiotsake AH kohdeoptioiden otsake (Destination Options header) paketin vastaanottajille tarkoitettua tietoa Hop-By-Hop- optioiden otsake tietoja reitittimille, käsitellään joka reitittimessä Jos ei osaa käsitellä, niin jätetään huomiotta. Jos on sama vuonimiö, niin on oltava myös sama kohde- ja lähdeosoite sama prioriteetti samat hop-by-hop-optiot (jos käytössä) samat reititysoptiot (jos käytössä) Jotta reititin pystyy käsittelemään paketin pelkän vuonimiön perusteella lähde antaa vuotunnisteen ja pitää kirjaa niistä noin 16 miljoonaa tunnistetta valitaan satunnaisesti sama tunniste uudelleen käyttöön vasta, kun sitä ei enää käytetä 18.9.2003 27 18.9.2003 28 Reititysotsake Tyypin 0 reititysotsake Next Header Hdr Ext Len 0 Segments left Next Header Hdr Ext Len Routing type Segments left reserved Strict/loose bit map Routing type Segments left... Address1 Routing type (8 bittiä): reititysotsakkeen tyyppi = 0 Segments left (8 bittiä): vielä kuljettavien välisolmujen määrä 18.9.2003 29 Address n Bit map (23 bittiä): 1 (strict routing) = vastaava osoite on seurava solmu, 0 (loose routing) = ei välttämättä oltava seuraava osoite
Paloittelu (fragmentation) Kohteen IP-osoite on osoitelistan viimeinen, IP-otsakkeessa on ensimmäisen reittilistalla olevan reitittimen osoite tämä reititin tutkii reititysotsikon ja saa selville, minne paketti seuraavaksi ohjataan päivittää IP-paketin osoitteeksi seuraavan listalla olevan reitittimen sekä vähentää yhdellä segments left -kenttää : lähettäjäsolmu paloittelee sanoman ei enää reititin reititin hylkää liian suuret paketit path discovery -algoritmi: lähettäjä selvittää reitillä olevan pienimmän MTU:n (Maximum data unit), jotta osaa paloitella sopiviksi osiksi 1280 tavun paketti on kaikkien pystyttävä välittämään 18.9.2003 31 18.9.2003 32 Paloittelu-otsake Next Header reserved Fragment offset res. M identification 1. pak. -otsake paloitteluotsake UDP-otsake + data 2. pak. -otsake paloitteluotsake UDP-otsake + data Fragment offset (13 bittiä): osan sijainti, yksikkönä 64 bitin osat M-lippu: 1 = lisää palasia, 0= viimeinen pala Identification (32 bittiä): koko sanoman tunniste, kaikissa osissa sama, 18.9.2003 33 3. pak. -otsake paloitteluotsake UDP-otsake + data 4. pak. -otsake paloitteluotsake UDP-otsake + data 18.9.2003 34 Turvallisuusotsakkeet kaksi erilaista turvallisuusotsaketta Autentikointiotsake AH (Authentication Header) varmentaa lähettäjän takaa paketin muuttumattomuuden itse paketti selväkielisenä Salakirjoituksella suojattu otsake ESP (Encapsulation Security Payload) edellisten lisäksi salakirjoittaa kuorman 18.9.2003 35 AH-otsake Varmistaa datagrammin eheyden ja lähettäjän identiteetin juuri tämä lähettäjä on lähettänyt juuri tämän paketin kukaan ei väärentänyt lähettäjää kukaan ei ole millaan tavoin muuttanut pakettia -otsake AH-otsake TCP/UDP -segmentti Protokollakenttä ( = 51) ilmoittaa, että mukana on AH-otsake eli käytössä AHprotokolla 18.9.2003 36
AH-otsake Next header onko data TCP-, UDP-,. Segmentti SPI eli yhteystunnus yhdessä lähettäjän IP-osoitteen ja käytetyn protokollan kanssa identifioi yhteyden turvasopimuksen SA Sequence number järjestysnumero 32 bitillä, yhteyden alussa 0 Authentication Data sanoman digitaalinen allekirjoitus => lähettäjän identiteetin ja sanoman yheyden varmistus esim. DES, MD5 tai SHA 18.9.2003 37 AH-otsake IP-otsake (next header = AH= 51) Next Header Auth. Data Len 00000000 00000000 Security Parameters Index (SPI) Sequence Number Authentication Data (koodattu käyttäen HMAC- koodausta) Data (esim. TCP-segmentti) selväkielisenä 18.9.2003 38 ESP-otsake Sanoman salaus ja lähettäjän autentikointi autentikoitu salakirjoitettu IP-otsake ESP-otsake TCP/UDP- ESP-peräke ESP-autentikointi segm. Protokollakenttä (=50): datagrammissa ESP-otsake ja -peräke Salakirjoituksessa DES-CBC (Cipher Block Chaining) 18.9.2003 39 ESP-otsake IP-otsake (next header = ESP) Securitty Parameters Index (SPI) salauksen parametrit Data (esim. TCP-segmentti) salakirjoitettuna Padding Padding Pad Len Next Header Authentication Data 18.9.2003 40 Turvallisuus verkkokerroksella IPsec Authentication Header ( AH) -protokolla Encapsulation Security Payload (ESP) -protokolla Ennen käyttöä on luotava kommunikoivien koneiden välille turvasopimus SA (Security Agreement) looginen yksisuuntainen yhteys verkkokerroksella käytetty protokolla (AH tai ESP) lähettäjän IP-osoite 32-bittinen yhteystunnus SPI (Security Parameter Index) kaikissa saman SA:n IPsec-datagrammeissa sama SPI-arvo ISKMP (Internet Security Association and Key Management Protocol) muodostaa ja purkaa SA-yhteyksiä IPsec ja IPv4 / IPsec toimii sekä IPv4:n että :n kanssa 18.9.2003 IKE (Internet Key Exchange) -algoritmi avainten hallintaan 41 18.9.2003 42
Kohdeoptioiden otsake Hop-by-hop -optioiden laajennusotsake käsitellään vasta kohteessa geneerinen kohdeoptio-otsake säästää tyyppinumeroita (vain 256 kpl) parametreinä voi olla useita yksittäisiä kohdeoptioita toistaiseksi käytössä vain PAD-optiot lisää yhden (Pad1) tai n kappaletta (Padn) täytetavuja 18.9.2003 43 Next Header Hrd Ext Len One or more options Next Header: seuraavan otsakkeen tyyppi Header Extension Length: otsakkeen pituus 64 bitin osina ensimmäisen 64 bitin lisäksi jumbogrammi ainoa hop-to-hop- optio toistaiseksi suuria paketteja tarvitaan supertietokoneille suurien videopakettien siirrossa erittäin nopeilla yhteyksillä datagrammin otsakkeen (lisä)pituus option tyyppi pituus 4 tavulla next header 0 194 0 Jumbo payload length ( > 65535 tavua) Maksimikooksi yli 4 Gtavua 18.9.2003 45 Otsakkeiden järjestys Standardin otsakkeet annetaan sovitussa järjestyksessä Poikkeuksena ovat kohdeoptioiden otsakkeet Optiot voidaan tarkoittaa myös usealle kohteelle. Tällöin annetaan ensimmäinen osoite kohdeosoitteen kentässä ja muiden kohteiden lista reititysotsakkeessa. Tällainen kohdeoptioiden otsake esiintyy heti hop-by-hopotsakkeen jälkeen. Jos otsakkeen tiedot on tarkoitettu vain paketin viimeiselle vastaanottajalle, niin annetaan viimeisenä laajennusotsakkeena. 18.9.2003 46 Otsakkeiden järjestys - Hop- Kohde- Reititys- Paloit- Auten- Kohde- TCP / otsake by- otsake otsake telu- tenti- otsake ODPhop- otsake kointi- otsake otsake otsake 18.9.2003 47 Siirtyminen IPv4 => Kestää pitkään edellinen suuri muutos NCP--> TCP 20 vuotta sitten ja silloin Internet oli paljon pienempi! Nyt satoja miljoonia koneita ja miljoonia verkon ylläpitäjiä Ratkaisuja kaksoispino (Dual stack ) -solmut toteuttavat myös IPv4:n toiminnot tunnelointi (tunneling) -saarekkeet kommunikoivat IPv4-verkkojen läpi kuin minkä tahansa muun verkon läpi lähettävät -sanomat kapseloituina IPv4-sanomien sisällä 18.9.2003 48
Kaksoispino IPv4 IPv4 Tunnelointi IPv4 IPv4 IPv4 IPv4 Flow= X Flow =?? IPv4 tunneli IPv4 Flow= X Flow = x 18.9.2003 49 18.9.2003 50 Onko edes tarpeen? Asiakkaat eivät kysele! CIDR (Classless Interdomain Routing), DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), NAT (Network Address Translation) ratkaisseet osoiteongelman Valmistajat eivät ole kiinnostuneita! Euroopassa ja Japanissa laajempi kiinnostus 6Bone 18.9.2003 51